CC BY
67
АСТРАХАНСКИЙ ВЕСТНИК ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ
№ 1 (17) 2011. с. 33-42.
УДК [658.12+681.3+574] :37
ПРИМЕНЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ В ПРОЦЕССЕ ОБУЧЕНИЯ В ВУЗАХ
Г.АСТРАХАНИ
Брумштейн Ю.М., Горбачев И.Н., Иванова М.В., Аксенова Ю.Ю.
Астраханский государственный университет
Ключевые слова: Астраханская область, вузы, экологическое образование, информационнокоммуникационные технологии, принятие решений, виды поддержки, управление качеством, оценка эффективности.
Обоснована актуальность темы статьи. С учетом специфики Астраханской области описаны субъекты и объекты решений - с акцентом на решения по вопросам экологии. Выделены и подробно рассмотрены три основных группы направлений использования информационно-коммуникационных технологий (ИКТ) для поддержки принятия решений, связанных с экологическими вопросами: информационная поддержка; информационно-аналитическая; экспертная. По каждой группе исследованы конкретные направления применения ИКТ при принятии экологических решений в рамках учебного процесса и производственной деятельности, учитывающие специфику региона. Отдельно проанализировано применение ИКТ для целей тестирования и тренинга принятия решений. Сделаны выводы об эффективности направлений использования ИКТ.
APPLICA TION OF INFORMA TION-COMMUNICA TION TECHNOLOGIES FOR ECOLOGICAL DECISIONS ACCEPTANCE SUPPORT IN THE COURSE OF EDUCATION IN ASTRAKHAN
UNIVERSITIES
Brumshteyn J.M., Gorbachev I.N., Ivanova M. V., Aksenova J.J.
The Astrakhan state university
Keywords: the Astrakhan area, universities, ecological education, information -communication technologies, decision-making, support kinds, quality management, an efficiency estimation.
The urgency of article theme is proved. Taking into account specificity of the Astrakhan area subjects and objects of decisions are described - with the accent on decisions concerning ecology. Three basic directions groups of information-communication technologies (ICT) usage for decision-making support, connected with ecological questions, are allocated and considered in detail: information support; information-analytical; the expert support. On each group concrete directions of ICT application are investigated at acceptance of ecological decisions within the limits of educational process and industrial activity, considering specificity of region. Application ICT for testing and decision-making training is separately analyzed. Conclusions are drawn on directions efficiency of ICT usage.
Для экологического образования специалистов, принятия ими грамотных решений, связанных с вопросами экологии (РСсВЭ), воспитания культуры личного экологического поведения важнейшее значение имеет период вузовского обучения. В данной статье предпринята попытка комплексного анализа вопросов экологического образования в вузах для студентов различных групп специальностей с точки зрения обучения использованию методов «теории принятия решений» (ТПР) и эффективного применения информационно-коммуникационных технологий (ИКТ). Акцентуация вопросов отражает специфику Астраханской области (АО) и опыт преподавания/учебы авторов в Астраханском государственном университете.
Экологическое образование в вузах и его влияние на принятие бытовых, производственных и иных
видов решений
Астраханская область - уникальный регион в отношении экологии, состава рекреационных и иных ресурсов. При этом уровень техногенной нагрузки на природную среду в АО достаточно высок. Это требует своевременного принятия и грамотной реализации различных видов решений, связанных с мониторингом экологических параметров и управления ими с учетом объективных ограничений по: допустимым объемам природопользования; мерам их регулирования; способам контроля; производственным технологиям; имеющимся финансовым, трудовым и иным ресурсам. Кроме того, должны учитываться и субъективные факторы: интеллектуальный уровень; мотивация физических лиц и организаций; уровень их экологической культуры; традиции поведения и др.
Поэтому так важно в период обучения в вузе научить будущих специалистов принимать рациональные РСсВЭ и уметь воплощать их в жизнь. При обучении нужно учитывать: различия в целях получения высшего профессионального образования студентами разных групп специальностей (инженернотехнические, физико-математические, естественно-научные, гуманитарные и пр.); выбор и, особенно, выполнение реальных РСсВЭ часто носят коллективный характер; информация, на основании которой принимаются РСсВЭ не всегда достаточно полна, точна и актуальна; сами РСсВЭ в ряде случаев приходится принимать в условиях дефицита времени, двустороннего или многостороннего конфликта интересов физических и юридических лиц и пр.
Поддержка принятии РСсВЭ часто опирается на использование ИКТ, включая программы для ЭВМ, базы данных, телекоммуникационные средства, информацию доступную в Интернете. Основные функциональные компоненты ИКТ с позиций пользователей: сбор (получение) данных; их входной контроль; систематизация (структуризация) данных; хранение; обработка (анализ); визуализация (наглядное представление); обеспечение информационной безопасности; обеспечение доступа к информации; передача информации.
Учить будущих специалистов эффективно использовать ИКТ для принятия РСсВЭ, целесообразно не только в рамках специальных экологических курсов, но и на занятиях по другим предметам, при подготовке курсовых и дипломных работ (эта рекомендация относится ко всем группам специальностей, хотя и в разной мере). Таким образом, изучение ИКТ и методов ТПР, в т.ч. применительно к РСсВЭ, фактически носят междисциплинарный характер.
Субъекты и объекты решений, связанных с вопросами экологии для Астраханской области
Основная масса РСсВЭ на областном и районных уровнях АО принимается выпускниками Астраханских вузов (реже - жителями АО, обучавшимися вне ее), которые занимают высшие и средние руководящие должности в органах государственного и муниципального управления, органах природоохраны, производственных предприятиях, проектных и иных организациях. В общем случае РСсВЭ являются лишь одним из видов решений по управлению социально-экономическими системами. При этом часть РСсВЭ (в т.ч. по размещению крупных производств, их технологиям) принимается на федеральном уровне с учетом интересов не только АО, но и страны в целом.
Большое количество выпускников вузов АО, работает на не руководящих должностях или уже находятся на пенсии. Они систематически взаимодействуют с природными ресурсами АО в процессе жизнедеятельности, сельскохозяйственного производства (для личного потребления или продажи продукции), отдыха (рекреации), при перемещениях на транспорте в пределах населенных пунктов и региона в целом и пр. С позиций анализа возможных РСсВЭ сюда же можно отнести и студентов Астраханских вузов - очников и заочников.
На практике принятие РСсВЭ осуществляется на основе не только того, что изучали (или изучают) студенты в вузах, но и их семейного воспитания, поведения знакомых, жизненного опыта, общественнополитической ситуации в стране и регионе, воздействия средств массовой информации и пр.
РСсВЭ могут носить автономный характер или быть взаимосвязанными решениями, в т.ч. в рамках «управления проектами» [9], включая экологические. Курсы по дисциплине «управление проектами» читаются в вузах для ряда специальностей обучения. При этом преобладающим программным средством для изучения дисциплины является МзРгсцес! - на нее ориентировано большинство учебников и самоучителей по управлению проектами.
В период обучения студенты вузов могут принимать лишь ограниченный круг реальных РСсВЭ, связанных, прежде всего, с их личной жизнедеятельностью или групповым поведением. Такие решения могут касаться: поведения в условиях городской среды; рекреационного природопользования внутри города и с «выездом на природу»; обращения с бытовыми отходами (мусором) - в городе и вне его; отношения к зеленым насаждениями, в т.ч. на придомовых территориях, улицам, за городом; деятельности на дачных участках; взаимодействия с животным миром (включая и домашних животных).
Несколько большие возможности по принятию и реализации решений (в т.ч. РСсВЭ) есть у студентов-очников, совмещающих работу с учебой в некоторых типах организаций. Однако они обычно
лишь исполнители, поэтому возможности принятия/реализации самостоятельных решений у них довольно ограниченные. С другой стороны среди студентов-заочников встречаются руководители, причем часть их могут принимать производственные РСсВЭ.
В рамках учебной деятельности студенты вузов могут рассматривать любые задачи принятия решений (в т.ч. связанные с АО) и «виртуально действовать» от имени любого физического или юридического лица. Для повышения уровня мотивации (заинтересованности) студентов целесообразно использовать методы активизации обучения, включая: управляемые дискуссии; деловые игры; конкурсы идей; имитацию работы «молодежного правительства» области, «молодежного менеджмента» муниципалитета и пр. Прямое соревнование «идей» и «виртуальных действий» учащихся достаточно эффективно, когда оно опирается на адекватные средства информационной поддержки, в т.ч. ИКТ.
С позиций экологии нагрузку создают даже такие виды природопользования студентов Астрахансих вузов как использование пляжей, травянистых лужаек и других объектов для отдыха/развлечений, полевой практики (которую проходят студенты ряда специальностей) и др. Высокая летняя температура воздуха в АО может увеличивать риск возникновения пожаров, особенно при разведении костров «на природе» (а это достаточно характерный вид действий). Поэтому правила обращения с открытым огнем, бытовым мусором и пр. в процессе пребывания за городом должны выдерживаться достаточно жестко, что соответствует «барьерными ограничениями» по терминологии ТПР.
Однако эти правила не всегда соблюдаются населением АО, в т.ч. и студентами. К правилам в отношении бытового мусора у населения отношение носит двойственный характер. По месту проживания в многоквартирных домах эти правила в основном соблюдаются. Кроме того, на придомовых территориях, улицах и пр. чистота подддерживается «корпусом» дворников, спецавтохозяйством по уборке города, иногда проходят компании по уборке под руководством политических партий и пр. (однако таких массовых ежегодных «субботников» по уборке территорий, какие были во времена СССР, сейчас нет).
С другой стороны населением при нахождении в общественных местах и, особенно, вне города мусор часто выбрасывается куда попало. Например, так замусоривается остров «городской» (традиционное место пляжного отдыха населения г.Астрахани) пластиковыми бутылками из под газированных напитков и другим бытовым мусором. Здесь играет роль не только невысокий уровень санитарно-экологической культуры населения, но также и отсутствие (недостаток) контейнеров для мусора на острове.
Для сравнения - в сфере горного туризма новичков специально учат: обжигать использованные консервные банки на кострах; закапывать бытовой мусор в грунт в местах не организованных ночевок; передвигаться по тропам, чтобы не вытаптывать растительность; использовать для костров только сушняк и пр. Альпинистов специально учат уносить любой мусор с ночевок и приютов, чтобы он там не накапливался.
В АО высока экологическая нагрузка, связанная с действиями по изъятию природных биоресурсов в форме рыбалки и охоты - как жителями области, так и приезжими из-за ее пределов. Эти виды деятельности регулируются: нормативными документами (законы, постановления и пр.); административными мерами (правила и др.); в некоторых случаях - уровнями оплаты природопользования. Существенно, чтобы до студентов вузов в процессе обучения своевременно доводилась информация о нормативных ограничениях по природопользованию (включая региональную специфику АО) и ответственности за нарушения этих ограничений. К сожалению учебные программы большинства специальностей не предусматривают специальных практических занятий по отработки навыков экологического поведения при нахождении вне города.
Отметим, что существующие правила любительского рыболовства в АО населением (в т.ч. студентами) систематически «обходятся» или не соблюдаются вообще. Например норма вылова рыбы (до 5 кг на 1 чел. за день) легко обходится за счет многократного выезда (выхода) на рыбалку в течение суток -особенно сельскими жителями. Полноценное соблюдение таких норм на территориях баз отдыха, рекреационных рыболовных хозяйств и пр., являющихся частной собственностью, проконтролировать также трудно.
Использование Й8И-карт и иные меры, направленные на введение платности любительского рыболовства, наталкиваются и будут продолжать наталкиваться на сопротивление как рыбаков-любителей, так и рекреационных организаций (в т.ч. в силу не только экономических причин, но и традиций, а также устоявшегося менталитета населения АО).
Целесообразно разделить объекты принятия РСсВЭ и природопользования, по нескольким функциональным направлениям: быт; рекреационное поведение; производство товаров; производство сельскохозяйственной продукции; добыча природных ресурсов, включая рыбные; оказание услуг; формирование нормативной базы природопользования на региональном уровне; учет пользователей природных ресурсов и нарушителей правил природопользования; образование (в т.ч. высшее профессиональное); здравоохранение и пр.
Для АО объекты ряда этих групп имеют значительную специфику, в т.ч. связанную с особенностями природно-климатических условий, характером природопользования. Соответствующая
информация изучается студентами вузов на занятиях не только по экологии, но и в рамках курсов по экономике, менеджменту, безопасности жизнедеятельности и ряда других.
Существенны также технологии выработки РСсВЭ и их реализации. В связи с этим упомянем курсы: «Теория принятия решений»; «Системный анализ и принятие решений»; «Рискология»;
«Моделирование систем»; «Моделирование»; «Моделирование биологических процессов и систем» и др. При этом существенно, что у большинства студентов из «городских» семей, сведения о реальной экологобиологической обстановке на территории АО часто носят отрывочный характер и нередко опираются лишь на материалы из Интернета.
В общем случае экологические знания, умения, навыки, стереотипы поведения являются частью интеллектуального потенциала населения региона (ИПНР). Как и другие компоненты ИПНР они могут: устаревать (моральная деградация); ухудшаться или забываться (при отсутствии использования); полностью теряться (при выезде носителей ИПНР за пределы региона, их смерти, утрате трудоспособности и пр.). Поэтому в рамках поддержания и наращивания ИПНР надо уделять внимание экологическому образованию на всех этапах жизненного цикла человека - начиная с того момента, когда ребенок обретает способность к осмысленному поведению и до преклонного возраста.
Дать конкретную количественную оценку доли средств (усилий), которые целесообразно затрачивать именно на экологическое образование/воспитание, затруднительно. Если для вузов попытаться рассчитать эту долю исходя из объемов курсов по «экологии» в учебных программах в «учебных часах», то такие оценки будут заниженные. Причина - вопросы экологии затрагиваются и в ряде других курсов (см выше). Кроме того, следует учесть и средства (усилия), затрачиваемые на экологическую пропаганду, воспитание, информирование населения через средства массовой информации и по другим каналам (они ориентированы на лиц всех возрастов, включая и студентов-очников вузов).
Анализ направлений использования информационно-коммуникационных технологий при принятии решений, связанных с вопросами экологии
Рассматриваемые ниже направления ориентированы преимущественно на период обучения студентов в вузах, включая плановые занятия, подготовку курсовых и дипломных работ, студенческую научную работу и пр. Однако многие направления актуальны и для послевузовской деятельности студентов, включая работу в народном хозяйстве, учебу в аспирантуре и пр.
В рамках учебного процесса вуза ИКТ могут использоваться для обучения принятию РСсВЭ (или поддержки таких решений) как преподавателями, так и студентами. Для преподавателей основные направления применения ИКТ связаны с: подготовкой презентаций для лекций; разработкой методических материалов для семинарских и лабораторных занятий; руководством подготовкой курсовых и дипломных работ. Для студентов ИКТ могут быть средством: выполнения лабораторно-практических работ; подготовки к семинарам; подготовки докладов и курсовых работ; созданию дипломной работы; выполнению студенческих научных работ; подготовке к олимпиадам и пр. Интенсивность использования преподавателями и студентами ИКТ для поддержки принятия решений (в т.ч. РСсВЭ) существенно зависит от специальности обучения и может включать четыре основные группы направлений, рассматриваемые ниже.
1) Информационная поддержка принятия решений, в т.ч. возможно с селективным отбором данных, их группировкой и сортировкой в заданном порядке, отображением в наглядной графической форме и пр.
1а) Использование Интернета для получения доступа к текстовой, числовой и графической информации, открытой для общего пользования, в т.ч. по Астраханской области. Она находится на: региональных сайтах общего характера; сайтах отдельных организаций и их ассоциаций (в т.ч. связанных с «въездным» туризмом); российских сайтах федерального характера (в т.ч. в форме научных статей на сайтах электронных библиотек, например на сайте www.e-lerning.ru); иногда - на личных страничках физических лиц; на некоторых зарубежных сайтах. При этом важное значение имеет эффективность использования поисковых систем Интернета, наличие гиперссылок и пр. Доступность объективной экологической информации является фактором обеспечения информационной безопасности региона, средством привлечения инвестиций, способом управления внутри- и межрегиональными миграционными потоками.
1б) Использование юридических информационно-справочных систем (ИСС) - Консультант+, Гарант и пр. Такие юридические ИСС (ЮИСС) особо важны при обучении студентов-юристов (в т.ч. специализирующихся на природоохранном законодательстве, вопросах экологии и пр.), работе юристов-профессионалов различных профилей и др. Однако ЮИСС нужны также и для ряда других специальностей обучения, включая инженерные. В типичных ЮИСС: есть развитые средства поиска информации, прослеживания функциональных взаимосвязей между документами, истории их модификации; сама информация может включать несколько направлений, в т.ч. федеральное и региональное законодательство (есть модули с таким законодательством и по Астраханской области), международные соглашения (конвенции) и пр.
С технической точки зрения ЮИСС представляют собой базы данных (БД) юридических
документов, дополненные программными оболочками, обеспечивающими удобный интерфейс с пользователем. Эффективность применения ЮИСС во многом определяется их полнотой и частотой актуализации. С целью обеспечения доступности ЮИСС для различных категорий пользователей фирмами, осуществляющими их информационную поддержку, применяются различные маркетинговые решения: обеспечение доступа к ЮИСС через Интернет; распространение на лазерных дисках усеченных версий ЮИСС, предназначенных в основном для учебных целей (например, «Гарант-студент»); продажу специализированных версий ЮИСС (например, только по местному законодательству или определенному направлению деятельности).
Для принятия решений может представлять интерес также практика выработки и использования экологического законодательства в зарубежных странах. Однако эта информация в большинстве Российских ЮИСС отсутствует - она отражается в юридических журналах (но статьи разбросаны по разным журналам и не покрывают весь функционально необходимый материал).
В целом ЮИСС позволяют оценить принимаемые решения (включая РСсВЭ) в основном в отношении того, не противоречат ли они действующему законодательству. Однако креативную поддержку выработке принципиально новых решений ЮИСС обычно оказать не могут.
1в) Применение других (не юридических) ИСС, содержащих нормативную информацию. Как пример, приведем ИСС «Стройконсультант», включающую в себя многочисленные нормативные документы по строительству, в т.ч. содержащие конкретный числовой материал, элементы типичных проектных решений и пр. При этом часть регламентируемых строительных норм и правил специфичны для регионов или групп регионов. Такие ИСС могут быть весьма полезны при обучении студентов ряда инженерных специальностей, в т.ч. в отношении РСсВЭ. Однако следует учесть, что после вступления в силу Закона «О техническом регулировании» [10] большинство нормативных документов типа ГОСТов, ОСТов и пр. стали носить рекомендательный характер.
1г) Применение ИСС (или материалов на бумаге), содержащих наборы конкретных решений -например, в отношении строительных или экологических проектов. Такие разработки в юридически плане могут быть объектами имущественных прав (интеллектуальной собственностью) организаций-разработчиков, а их повторное использование может нарушать эти права (по крайней мере если эти материалы не отнесены разработчиками к категории Creative Common или сроки действия авторских прав на них истекли и они автоматически перешли в категорию «общественного достояния»).
Отметим, что нередко в «открытом доступе» в Интернете находятся информационно-рекламные материалы, представляющие собой только часть проектов и преследующие преимущественно информационно-маркетинговые цели.
Могут также использоваться ИСС, содержащие аннотации к проектным материалам, результатам инженерно-геологических и инженерно-геоэкологических изысканий и пр., но не содержащих сами эти материалы. Отметим, что материалы топографо-геодезических изысканий принудительно централизуются в органах по землеустройству, которые в дальнейшем фактически могут использовать их по своему усмотрению [1].
На практике использование проектных решений для учебных (не коммерческих) целей, в т.ч. при подготовке студентами дипломных и курсовых работ, обычно не считается нарушением прав создателей проектов. Это относится, в частности, к обучению студентов вузов по направлениям, связанным со строительным проектированием, инженерной экологией и пр.
1д) Картографические материалы сейчас представляются не только в бумажной, но и в электронной форме. Последние могут быть доступны в Интернете, распространяться на лазерных дисках и пр. Такие материалы существуют и по Астраханской области - они могу быть полезны студентам и преподавателям (как в рамках учебной деятельности, так и научно-исследовательской). Особо отметим, картографические материалы специализированной экологической и эколого-биологической тематики (распространенности различных видов животных и растений, уровни техногенных нагрузок, загрязненности грунтов и водных объектов токсикантами и пр.).
Хотя работе с картами сейчас учат уже начиная со школы, но восприятие ряда видов карт (особенно специализированных) иногда вызывает у студентов вузов существенные затруднения. Поэтому в вузах следует продолжать обучение студентов умению читать и, особенно, анализировать карты. В связи с этим отметим, что специалистами по картографии высказывается мнение, что карты несут в себе не только коммуникативную функцию (передачу информации), но и аналитическую [3]. В силу этого картографические материалы могут быть отнесены к средствам не только информационной, но информационно-аналитической поддержки принятия решений (ИАППР) - см далее.
Использование студентами в вузах готовых карт обычно преобладает над созданием новых, т.к. последнее требует квалификации, информационного обеспечения, наличия программно-технических средств и пр. В рамках учебных занятий в вузах использование карт в электронной форме возможно: для подготовки и показа презентаций на больших экранах, обслуживаемых проекторами; путем показа на преподавательских портативных ПЭВМ; работы с картами на студенческих ПЭВМ, включенных в
локальную сеть вуза или автономных.
Программные средства для работы с картами обычно позволяют в значительных пределах менять масштаб отдельных участков. Однако если «содержательное наполнение» соответствующих участков карт слабое, то укрупнение масштаба может быть не эффективным.
1е) В последние годы роль карт, в т.ч. в отношении представления экологической информации, все в большей мере играют результаты спутниковой и аэрофотосъемки. Много спутниковых снимков находится в открытом доступе в Интернете и может быть использовано в учебных целях. Космические снимки первоначально были лишь монохромными, затем цветными, позже спектрозональными. В последние годы все шире используются снимки в ИК-диапазоне, а также радиочастотное зондирование поверхности (включая и двухчастотное, которое позволяет идентифицировать поверхностные нефтяные загрязнения акваторий морей, водохранилищ, наличие влаги в почвах и пр.).
Высокая стоимость получения аэрофотоснимков традиционно сдерживала их использование для экологических целей. Однако рост применения в России сравнительно дешевых (в отношении приобретения и эксплуатации) беспилотных летательных аппаратов, оснащенных средствами видеонаблюдения и/или цифровой фотофиксации объектов, позволяет надеяться на расширение их использования для экологических целей. Очевидно часть таких снимков (видеозаписей) может использоваться и для учебных целей.
Космические и аэрофотоснимки, особенно прошедшие компьютерную обработку, также можно отнести к ИАППР. Такая обработка может включать в себя: «обострение» контуров объектов; наложение изображений с нескольких снимков, в т.ч. для удаления участков, закрытых облаками; получение (выделение) «отличий» для снимков, сделанных в разные моменты времени. Такого рода задачи могут быть актуальными в учебных целях для некоторых спецкурсов инженерных специальностей вузов, включая «обработку изображений».
1ж) Быстрое увеличение объемов хранимой информации (в т.ч. связанных с вопросами экологии) привело к созданию различных компьютерных БД специализированного характера - содержащих автономные средства интерфейса с пользователем или использующих стандартные системы управления БД (СУБД). Такие БД используются преимущественно для профессиональных целей, в т.ч. и в форме «распределенных БД». Содержание БД может быть «закрытым» или «пополняемым». В последнем случае информация в БД может заноситься: ручным вводом; путем импорта из других БД, электронных таблиц и пр.; в рамках автоматизированного сбора информации с датчиков и пр.
В вузах БД могут быть и предметом плановых студенческих разработок (бакалавров, специалистов, магистров) в учебных целях - прежде всего по специальностям, связанным с ИКТ, базами знаний и ряда других. Отметим, что БД (со средствами управления ими) профессионального уровня позволяет создавать и программное средство MsAccess, входящее в расширенную версию пакета Microsoft Office. Работе с MsAccess сейчас учат студентов различных специальностей (в курсах «Информатики» или в форме спецкурсов), но большей частью достаточно поверхностно. В частности обычно практически не изучаются средства программирования этой СУБД, что уменьшает функциональные возможности решения нестандартных задач, в т.ч. по обработке данных.
При использовании на занятиях в вузах готовых БД для изучения методов ТПР целесообразно предварительное наполнение БД «квазиреалистическими» данными, в которых параметры информации изменяются в заданных диапазонах - это может быть реализовано в автоматизированном режиме (генераторами данных). В качестве альтернативы могут использоваться реальные данные, в т.ч. экологического характера по Астраханской области (последнее может иметь и самостоятельную ценность при обучении).
При очень больших объемах хранимых данных вместо реляционных БД начали использоваться технологии «хранилищ данных» (ХД). В них применяется идеология представления данных в форме гиперкуба [2,13] - при этом одной из характеристик каждой «единицы информации» является временная координата. В общем случае в ХД может храниться не только числовая (количественная) информация, но и данные качественного характера, фрагменты текстов и пр. Объекты с графической информацией большого объема обычно размещаются отдельно и на них из ХД делаются ссылки [13]. Отбор информации в ХД может осуществляться из «оперативных» БД, причем в рамках отбора обычно осуществляется ее проверка, а иногда и сопоставление с данными уже находящимися в ХД (для предотвращения дублирования информации).
Для гиперкуба ХД возможно получение «сечений» (с фиксацией для сечения одного или нескольких параметров данных), что может быть целесообразным для эффективной поддержки методов ТИР.
В качестве иллюстративного примера, для которого может быть целесообразным использование ХД, приведем информацию о фактах загрязнения окружающей среды (или превышения предельно допустимых концентраций), включающую: момент выявления загрязнения (временная координата -например с дискретностью до суток); вероятный (или установленный) источник загрязнения (организация-загрязнитель); характер загрязнения (с выбором из вида загрязнения из типового списка или пометкой всех необходимых загрязнителей из предопределенного набора); концентрация загрязнения (или концентрации
отдельных загрязнителей); Х-У координаты участка (квадрата), где произошло загрязнение (для удобства использования они могут быть приведены к стандартным диапазонам координат или «квадратам»); величина штрафа, который заплатил загрязнитель; дата оплаты штрафа и пр.
Такую информацию можно представить и в виде информационной системы реляционного типа (например, на основе MsAccess). При этом для ускорения доступа к информации для части «полей» в таблицах БД обычно предусматривается их индексация. Это позволяет, при необходимости (обработка запросов, построение отчетов и пр.) «сортировать» индексы, а не сами записи БД.
Однако при больших объемах информации (обычно начиная от сотен тысяч и миллионов записей) технологии ХД могут быть эффективнее по сравнению с реляционными СУБД в отношении обеспечения скорости селективного доступа и обработки данных. Это может достигаться не только за счет использования специализированных программных средств, но и отказа от «нормализации данных», которая де-факто является обязательной в обычных реляционных СУБД. Актуальность этой теме придает быстрый рост объемов данных при их накоплении с использованием автоматизированных систем [6].
Для повышения удобства использования БД и ХД сейчас разработчиками начали все в большей степени использоваться возможности «наложения» диаграмм, графиков и пр., полученных при обработке информации из БД или ХД, на картографические материалы. Минимально это могут быть контуры административно-территориальных образований, гидрографическая сеть и пр.
При этом анализ информации и/или интерпретация результатов (в основном в форме сопоставления) остается за пользователями СУБД. Поэтому качество интерпретации во многом определяется интеллектуальным уровнем, профессиональной компетентностью специалистов в предметной области. Следовательно, в вузах необходимо учить студентов не только разрабатывать БД, но и эффективно пользоваться ими для целей принятия решений, включая РСсВЭ.
Информация по результатам мониторинга экологической ситуации может быть представлена не только в виде БД, но также и временных рядов (ВР). Для целей анализа и прогнозирования (при разработке управленческих, экологических и иных решений) могут применяться как традиционные, так и некоторые новые методы обработки ВР, включая учитывающие взаимосвязи временных рядов [4]. В частности представляет интерес выявление «влияний с запаздыванием по времени» от сочетаний параметров (факторов). Отметим, что студентами-экономистами временные ряды и статистические методы традиционно изучаются в основном в рамках курса «Эконометрика», который имеет определенную специфику по отношению к курсам «Прикладной статический анализ данных», «Обработка биомедицинских сигналов и данных» и пр.
2. Использование ИКТ для ИАППР.
2а) Геоинформационные системы (ГИС) различного назначения, включая специализированные в отношении: землепользования; общей экологической обстановки; загрязненности водных объектов, грунтов и воздуха различными токсикантами и др. Большинство ГИС включает в себя графическое представление пространственной информации в виде отдельных «слоев» (которые можно произвольно комбинировать друг с другом) и некоторую справочную (текстовую и числовую) информацию по объектам, которую можно использовать для селективного отбора. В рамках учебного процесса вузов речь идет в основном об использовании готовых ГИС, а не об их создании или корректировке.
Особо отметим популярную систему 2Gis (дубль-ГИС), которая имеет модуль и для г.Астрахани, включая справочную информацию об организациях. В отношении обучения экологическим вопросам система дубль-гис позволяет осуществлять анализ мест расположения организаций-загрязнителей окружающей среды, прохождения транспортных потоков и пр. Затем эти данные могут сопоставляться с экспериментальной информацией по загрязнению почв, воздуха и пр. Кроме того, система дубль-гис в перспективе могла бы позволить оптимизировать размещение постов автоматизированного контроля загрязнения воздушной среды в городских поселениях.
2б) Компьютерные системы статистической обработки информации, включая биологическую и экологическую - например, пакеты Statistika, Statgraphics, SPSS и др. [5,7,8]. Большинство таких пакетов носят коммерческий характер и достаточно дорогостоящие, а усеченных учебных версий у них нет.
При проведении углубленного статистического анализа такие специализированные пакеты предпочтительны. Однако простую статистическую обработку можно реализовать и с использованием средств общераспространенных «электронных таблиц», в большинстве которых для этой цели есть специальные группы функций [5]. Для MsExcel возможна установка и специального «пакета анализа», дающего возможность дополнительной статистической обработки [5]. Есть также специальные программы-надстройки над MsExcel, дающие возможности сопоставимые по функциональности со специализированными пакетами.
Обучение студентов методами статистического анализа осуществляется сейчас по ряду специальностей, но далеко не всегда в рамках отдельных курсов. В силу этого знания студентов обычно оставляют желать лучшего, в т.ч. отношении методов многомерного статистического анализа данных.
В последнее время стали популярными методы Data Mining [2] и смежные с ними. Они фактически
представляют собой использование статистического анализа для выявления неявных зависимостей в информации большого объема, представленной в форме БД или ХД.
2в) Выполнение расчетов, имеющих экологическое и экономико-экологическое значение - в частности, при проектировании различных объектов, оценке загрязнения ими окружающей среды, воздействия на гидрологический режим водоемов, гидрогеологический режим территорий и пр. Эти расчеты важны также в отношении средств транспорта, часто создающих основную экологическую нагрузку на территории городских поселений. Для проведения таких расчетов есть стандартизованные программные средства, включая широко известные программы серии «Эколог».
2г) Имитационное моделирование (ИМ) экологических, эколого-биологических и связанных с ними систем и процессов. В рамках обучения могут: использоваться готовые программы ИМ, в т.ч. классов FreeWare и Creative Common (их бесплатное использование носит вполне легальный характер); применяться программные средства на основе т.н. академических лицензий (для вузов они могут быть бесплатны или почти бесплатны); разрабатываться и использоваться собственные программные средства (для ряда учебных курсов разработка таких программ может быть основной учебной целью).
Программы ИМ в общем случае могут применяться: для анализа происходящих процессов (проверка адекватности выбранных моделей - в т.ч. в форме систем дифференциальных уравнений, калибровка коэффициентов в выбранных моделях и пр.); прогнозирования ситуаций в будущие моменты времени или при различных параметрах принимаемых решений. Использование средств ИМ позволяет исследовать задачи эффективности управления системами (включая эколого-экономические) и процессами по принципу «что будет, если ...» и, таким образом, выбирать оптимальные решения. Обычно для этой цели используется совокупность критериев оптимальности или некоторый интегральный критерий (при учете системы ограничений).
Важно отметить, что в рамках ИМ поведения систем (в т.ч. и эколого-экономических) возможен учет стохастических факторов, которые практически всегда имеют место в реальных условиях.
Существенно чтобы в процессе обучения студенты ясно представляли себе, что все имитационные модели основаны на значительных упрощениях (формализации) реальных ситуаций и процессов. Поэтому к получаемым результатам ИМ нужно относиться с определенной осторожностью.
Выбор в качестве объектов моделирования систем и процессов на территории Астраханской области и г.Астрахани (в т.ч. и для студентов не «экологических» специальностей) имеет некоторые преимущества в отношении обеспечения моделей исходными данными, анализа адекватности получаемых результатов ИМ и пр. Однако практика показывает, что большинство студентов вузов не всегда владеют необходимым фактическим материалом, затрудняются в выборе источников получения числового материала для ИМ и пр.
Использование компьютерной графики для представления результатов ИМ может включать в себя применение стандартных программ (например, встроенных средств графики для MsExcel или автономных программных средств типа Surfer) либо самостоятельно программируемых средств графики - прежде всего для автономных программ ИМ. Для учебных целей графическое представление результатов ИМ предпочтительно перед табличным, особенно для студентов не технических или физико-математических специальностей.
Использование динамической графики, воспроизводимой по ходу процесса моделирования, может требовать: применения средств автоматической настройки скорости процесса ИМ (с учетом характеристик аппаратных средств и задач, которые ставятся при ИМ); использования при сложных вычислениях достаточно производительных ПЭВМ. Однако практическое применение для ИМ в учебных целях вычислительных кластеров, технологий «облачных вычислений» и пр. обычно не целесообразно.
2д) Выработка оптимальных решений (включая экологические) в «игровых ситуациях» - с использованием ПЭВМ для выполнения вычислительных операций (расчетов). К этому классу относятся, в частности, задачи типа «игр с природой» [16], включая моделирование вариантов «действий природы» с учетом стохастических факторов. Такие задачи в вузах изучаются обычно в курсах «Теория принятия решений» и «Рискология», реже «Управленческие решения».
3. Экспертная поддержка, принятия решений.
3 а) Экспертная оценка возможных вариантов решений (включая экологические) целесообразна в основном при плохо формализованных задачах [15,16] для которых трудно сформулировать или оценить некоторые интегральные критерии «качества решения» на основе объективных параметров. В рамках ТПР обычно считается, что экспертная оценка осуществляется коллективом экспертов, причем различная «весомость» их мнений определяется отличиями в т.н. «экспертных коэффициентах». Отметим, что у экологов термин «экспертная оценка» нередко ассоциируется с «экологической экспертизой», которая часто проводится единственным специалистом или организацией, причем без обработки мнений коллектива экспертов по технологиям используемым в ТПР [16]. Применению методов ТПР в вузах учат студентов лишь немногих специальностей, причем «экологи» и «юристы» в их число как правило не входят.
3б) Использование «экспертных систем» (ЭС) [16]. Под ними понимаются, обычно, программные
средства, включающие: «базы знаний», сформированные путем «извлечения знаний» из специалистов в нужной предметной области и представления таких знаний в формализованной форме; программную оболочку, обеспечивающую удобный интерфейс для пользователей ЭС. Большинство готовых ЭС основаны на «закрытых» базах знаний.
Отметим, что многие (если не большинство) существующих ЭС сейчас выдают не какое-то определенное решение, а совокупность возможных решений с указанием их предпочтительности (или вероятности). Из их числа пользователь ЭС может самостоятельно выбрать оптимальное, в т.ч. и с учетом дополнительной информации, которая не отражена в базе знаний ЭС.
В учебном процессе вузов применяются готовые ЭС (в основном для демонстрационных целей) или ЭС специально разрабатываются - преимущественно студентами, связанными с ИКТ-специальностями.
3в) Использование обучаемых «нейронных сетей» [14]. Часто это просто программы для ЭВМ, реже аппаратно-программные решения. Нейронные сети способны обрабатывать вводимые данные и обучаться (или переучиваться) для настройки на поддержку принятия решений в определенной предметной области, определенном регионе и пр. При поступлении на вход обученной нейронной сети новой информации она способна ее классифицировать (обычно в вероятностной форме), т.е. играть роль «автоматического эксперта».
4. Применение ИКТ для тестирования и тренинга принятия решений, в т.ч. связанных с вопросами экологии
4а) Использование компьютерного тестирования в виде совокупности тестовых заданий в настоящее время является традиционным средством проверки усвоения материала отдельными студентами и учебными группами. При этом в большинстве Российских вузов в общей массе преобладают тестовые задания с закрытой формой ответов (т.е. тестируемому предлагается предопределенный набор ответов, из которых необходимо выбрать один или большее количество правильных). Тесты позволяют проверить в основном формальную сторону усвоения материала студентами и не обеспечивают оценку возможностей творческого мышления, нестандартных решений и пр.
4б) В отношении «творческих» и плохо формализованных задач, в т.ч. связанных с решением вопросов экологии, ИКТ могут обеспечивать главным образом информационную поддержку, иногда информационно-коммуникационную и информационно-аналитическую. Это касается, в частности: использования деловых игр в учебных целях; применения метода Дельфи (многоэтапная процедура выработки решений) [15]) и пр.
Отметим, что коллективная выработка решений (в т.ч. РСсВЭ) может производиться как с предопределенной дифференциацией функций (ролей) членов команд, так и без такой дифференциации. При этом возможно создание и игровых ситуаций. Например, одна из команд представляет виртуальный топ-менеджмент организации-природопользователя (которая стремится к максимизации своей рентабельности за счет снижения издержек), а другая - природоохранную организацию или совокупность таких организаций. В этом случае преподаватель может выступать в роли арбитра, а ИКТ быть средством информационного обеспечения принятия решений командами и документирования принимаемых решений (включая их привязку к моментам времени).
4в) Особым направлением использования ИКТ может быть тренинг выработки решений в условиях дефицита времени и рисков. При этом автоматизированный контроль времени (и отображение остающегося времени на каждое задание) может быть целесообразным дополнить контролем физиологического состояния тестируемых (частота пульса и дыхания, изменение частоты пульса на фазе вдоха и выдоха, потливость рук, возможно энцефалография и пр.).
Часть этих показателей (или некоторые интегральные критерии на их основе) если их отображать в явной форме на экране ПЭВМ могут быть использованы и для тренинга. Альтернативой в отношении тренинга может быть использование технологий т.н. «биологической обратной связи» [12] (БОС).
Еще одним «не традиционным» направлением может быть решение задач (в т.ч. экологических) испытуемыми «в уме» в рамках сеансов компьютерной стабилографии [11], которые с оговорками также можно отнести к направлению БОС. При этом ухудшение качества управления испытуемыми своим телом при решении таких задач (по сравнению с фоновыми показателями - когда задачи не решаются) может служить мерой: отвлечения умственных ресурсов от задач управления своим телом; достаточности таких ресурсов для одновременного решения двух указанных типов задач.
Итак, сделаем выводы. 1) Проанализированные нами направления использования ИКТ для поддержки РСсВЭ являются весьма важными как для реальных решений, так и решений в процессе учебы.
2) Использование ИКТ позволяет повысить качество и быстроту принятия РСсВЭ. 3) Целесообразно расширение обучения студентов вузов методам ТПР и «управления проектами», которые опираются на использование ИКТ. 4) Поддержка принятия РСсВЭ в учебных целях, имеет определенную специфику по сравнению с решениями для производственных целей (включая уровни ответственности и степени мотивации). 5) Целесообразно различать информационное, информационно-аналитическое и экспертное
направления поддержки принятия решений, а также тестирование и тренинг процессов принятия решений. 6) Помимо формальной проверки у студентов знаний по экологии целесообразно тестирование их в отношении действий в условиях «виртуальной реальности». При этом ИКТ могут быть средством: повышения реалистичности воссоздания такой обстановки (в т.ч. при использовании звукового ряда, фотографий и синтезированной графики), а также имитационного моделирования «поведения» окружающей среды с учетом стохастических факторов. При этом для повышения реалистичности восприятия могут быть использованы и 3D-технологии отображения.
Литература
1. Афанасьев В.Д., Брумштейн Ю.М., Омариев О.М. Нормативное регулирование авторских прав при обязательной передаче результатов топографо-геодезических работ в фонды и иные организации //ИС. Авторское право и смежные права. ч.1 2005, №10, с.17-24. ч.2. 2005, №8, с.9-20
2. Барсегян А.А., Куприянов М.С., И.И.Холод, М.Д.Тесс, С.И.Елизаров. Анализ данных и процессов.-СПб.:БХВ-Петербург, 2009.
3. Берлянт А.М. Картография.- М.:Аспект Пресс, 2002- 336 с.
4. Брумштейн Ю.М., Иванова М.И. Анализ методов исследования процессов, описываемых взаимосвязанными временными рядами // Извести Волгоградского государственного технического университета. Серия. Актуальные проблемы управления, вычислительной техники и информатики в технических системах. Вып. 10. - №3 (76) , 2011г.- с.45-51
5. Вуколов Э.А. Основы статистического анализа. Практикум по статистическим методам и исследованию операций с использованием пакетов Statistica и Ехсе1.-М.:ФОРУМ, 2008.-464с.
6. Гершензон В.Е., Смирнова Е.В., Элиас В.В. Информационные технологии в управлении качеством среды обитания.- М.:Издательский центр «Академия», 2003.-288с.
7. Дюк В. Обработка данных на ПК в примерах.-СПб.:Питер, 1997.-240с.
8. Лакин Г.Ф. Биометрия. -М.:Высшая школа, 1973-343с.
9. Мазур И.И., Шапиро В.Д., Ольдерогге Н.Г. Управление проектамию-М.:Омега-Л, 2004- 664с.
10.О техническом регулировании - ФЗ № 184 от 27.12.2002 (ред.28.09.2010)
11. Слива А.С., Войнов И.Д., Слива С.С. Развитие методов и средств компьютерной стабилографии //Известия ЮФУ. Технические науки. №9, 2010-с.158-164
12. Сметанкин А.А. Здоровье без лекарств: Биологическая Обратная Связь.-СПб.:Российская Ассоциация Биологической Обратной Связи, 2001.-70с.
13. Спирли Э. Корпоративные хранилища данных. Планирование, разработка и реализация. Т.1.-М.:Изд.Вильямс, 2001-400с.
14. Хайкин С. Нейронные сети. Полный курс. 2-е изд. М.:Вильямс, 2006г.- 1102с.
15. Учитель Ю.Г., Терновой А.И., Терновой К.И. Разработка управленческих решений. -М.:ЮНИТИ-ДАНА, 2008.-383с.
16. Черноруцкий И.Г. Методы принятия решений.-СПб.:БХВ-Петербург, 2005.-416с.
